Yüksek performanslı elektroniklerin uzun süredir en zayıf noktası aşırı ısı oldu. Yer kabuğunun derinliklerinden Venüs’ün yüzeyine kadar kavurucu ortamlarda çalışması için tasarlanan çipler, sıcaklık yaklaşık 200 dereceyi geçtiğinde genellikle arızalanıyor ancak ABD’deki Güney Kaliforniya Üniversitesi’nde (USC) yapılan yeni bir çalışma, bu bariyerin nihayet aşıldığını gösteriyor.
USC Viterbi School of Engineering (USC Viterbi Mühendislik Okulu) araştırmacıları, bilinen termal sınırların çok ötesinde çalışan bir elektronik bellek cihazı geliştirdi. Deneylerde cihaz, 700°C sıcaklıkta (erimiş lavdan daha sıcak) hiçbir bozulma belirtisi göstermeden kararlı kalmayı başardı. Araştırmanın kıdemli yazarı Joshua Yang, bu gelişmeyi şu sözlerle tanımlıyor: “Buna bir devrim diyebilirsiniz. Şimdiye kadar gösterilen en iyi yüksek sıcaklık belleği budur.”
Memristor Teknolojisi ve “Sandviç” Tasarımı
Bu atılım, verileri hem depolayabilen hem de işleyebilen memristor adlı nano ölçekli bir bileşene dayanıyor. Ekibin tasarımı, Joshua Yang’ın bir “sandviç” olarak tanımladığı katmanlı malzemelerden oluşuyor: Üstte tungsten, ortada hafniyum oksit ve en altta ek atom kalınlığında grafen tabakası. Her malzemenin kendine has bir görevi bulunuyor:
- Tungsten: Yüksek erime noktası sayesinde dayanıklılık sağlıyor.
- Hafniyum Oksit: Seramik bir yalıtkan olarak kararlılık sunuyor.
- Grafen: Esnekliği ve benzersiz kimyasal özellikleri sayesinde cihazın aşırı ısı altında kısa devre yapmasını önlüyor.
Araştırmanın başyazarı Jian Zhao’ya göre cihaz, 700°C’de 50 saatten fazla süre boyunca verileri tazelemeye gerek duymadan tuttu, bir milyardan fazla anahtarlama döngüsüne dayandı ve nanosaniye hızında sadece 1,5 volt ile çalıştı. Üstelik testler sırasında cihazın arıza noktasına hiç ulaşılamadı; kısıtlayıcı faktör çipin kendisi değil, test ekipmanının kendisi oldu.
Tesadüfi Keşif ve Gelecek Potansiyeli
Keşfin en ilginç yanı, tamamen tesadüfen gerçekleşmesi. Joshua Yang, “Dürüst olmak gerekirse çoğu keşif gibi bu da bir kazaydı.” diyor. Ekip, grafen tabanlı tasarımları başka bir amaç için denerken bu etkiyi fark etti. Gelişmiş mikroskopi ve kuantum seviyesindeki simülasyonlar, grafenin tungsten ile kimyasal bağ kurmaya direnç gösterdiğini ortaya koydu. Bu direnç, yüksek sıcaklıktaki elektronikleri yok eden metal atomlarının göçünü engelliyor.
Uzay Keşfi ve YZ Verimliliği
Bu buluşun geniş kapsamlı etkileri olması bekleniyor. Uzay ajansları, Venüs’ün yaklaşık 500 derecelik yüzey sıcaklığında çalışabilecek donanımlar arıyor. 700 derecede kararlı olan bu prototip; gezegen sondaları, jeotermal sondaj sistemleri veya nükleer reaktörlerin uzak kontrol sistemlerine güvenmek yerine yerinde hesaplama yapabilmesini sağlayacak.
Ayrıca memristorlar, Ohm Yasası’na dayalı fiziksel süreçlerle matris çarpımı gerçekleştirebildiği için yapay zeka açısından da büyük bir umut vadediyor. Joshua Yang, bu durumu şöyle açıklıyor: “ChatGPT gibi sistemlerdeki hesaplamaların %92’sinden fazlası matris çarpımından ibarettir. Bu tür bir cihaz, bu işlemi en verimli şekilde, çok daha hızlı ve düşük enerjiyle yapabilir.”
Yang, üç çalışma arkadaşıyla birlikte TetraMem adlı girişimi kurarak memristor tabanlı yapay zeka donanımlarını ticarileştirmeyi hedefliyor ancak pratik sistemlere ulaşmak için hâlâ zaman gerektiğini vurguluyor: “Bu ilk adım. Önümüzde hâlâ uzun bir yol var ama artık bunun mümkün olduğunu biliyoruz.”
Tungsten ve hafniyum oksit halihazırda yarı iletken üretiminde standart malzemelerdir. Grafen üretimi ise TSMC ve Samsung gibi şirketler aracılığıyla endüstriyel boyutta ilerliyor.
Yang için elde edilen sonuçlar sadece bir teknik başarının ötesine geçiyor. Yang, bu çalışmanın önemini şu sözlerle anlatıyor: “Uzay keşfi hiç bu kadar gerçek, bu kadar yakın ve bu kadar büyük ölçekli olmamıştı. Bu makale, çok daha büyük ve heyecan verici bir sınıra doğru atılmış kritik bir sıçramayı temsil ediyor.”
Kaynak: https://www.techspot.com/news/111928-chip-keeps-working-700c-surviving-lava-like-heat.html
